大豆蛋白/酪素蛋白/聚乙烯醇共混纖維的酸性染料勻染染色

曹機良，曹 毅，邊亞敏，郭雪健

(河南工程學院材料與化學工程學院，鄭州450007)

雙蛋白纖維由大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維及聚乙烯醇共混而成[1]，它集聚了大豆蛋白纖維和牛奶蛋白纖維的優點，同時又減弱了大豆蛋白纖維白度低、黃度高的缺陷，且雙蛋白纖維可與其他纖維混紡或交織，得到的面料深受歡迎，作為一種具有資源和性能優勢的新型再生蛋白質纖維，在家紡、服飾和假發等領域將具有極大的發展前景。

前人的研究結果[2－3]和本課題組前期研究結果表明，弱酸性染料和中性染料可用于雙蛋白纖維的染色，同時發現雙蛋白纖維的氨基含量高于同一規格的大豆蛋白纖維，用弱酸性或中性染料染色雙蛋白纖維時，染料在纖維上的吸附速率較快，易出現染色不勻。針對這一突出的問題，本課題組采用不同類型的緩染劑添加到染浴中，探討了不同類型緩染劑對染色性能的影響。

1 試驗

1.1 材料與儀器

材料:1.50 dtex雙蛋白纖維散纖維(河南濮陽天元蛋白纖維有限公司);弱酸性深藍5R(市售);合成單寧(拓納化學)，平平加O(工業品)，β-環糊精(國藥集團化學試劑有限公司);氯化鈉、醋酸、醋酸鈉(化學純，市售)。

儀器:TU-1800紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器);Color-Eye 7000A測色儀(美國X-rite公司)。

1.2 染色方法

染色處方:酸性深藍5R 1%，氯化鈉10g/L，勻染劑xg/L，醋酸和醋酸鈉緩沖溶液調節染液pH 5，浴比1︰40。40℃入染，以2℃/min的速度升溫至90℃，不同時間取點測定染色殘液吸光度。

1.3 測試方法

1.3.1 上染百分率的測定

染色溶液在TU-1800紫外可見分光光度計上測定其吸光度，按下式計算上染率E:

式中:A0、A1分別為染色原液、染色殘液的吸光度。

1.3.2 顏色特征值

試樣的表觀色深 K/S值和L、a、b、C、H 值在Color-Eye 7000A測色儀上測定，采用D65光源和10°視角，每個試驗測量4次，取平均值。

1.3.3 織物染色勻染性

在織物上任意取10個點，測定其K/S值(測試條件同 1.3.2)，K/S 值的平均值及其標準偏差Sr的計算公式為:

標準偏差Sr數值越小，表示勻染性越好。

2 結果與討論

2.1 合成單寧的影響

2.1.1 合成單寧的緩染作用

圖1為染浴中添加不同質量濃度合成單寧時，合成單寧質量濃度對酸性深藍5R染色雙蛋白纖維升溫上染速率的影響。由圖1可知，不加合成單寧時，40℃入染，升溫至50℃的5 min染色時間內上染百分率超過50%;在20min的時間內當染色溫度升至80℃時，染料的上染百分率達到90%以上，這時染料在纖維上達到染色平衡。這說明酸性深藍5R在雙蛋白纖維上的初染速率極快，極易出現染色不勻的現象。這是因為本試驗中用到的是散纖維，且雙蛋白纖維氨基含量較多;又由于酸性深藍5R含有兩個磺酸基，結構較為復雜，故染料對纖維的親和力較高，染料磺酸基易與纖維氨基形成離子鍵結合，且染料與纖維之間還存在較強的氫鍵和范德華力結合。

圖1 合成單寧濃度對雙蛋白纖維升溫上染率的影響Fig.1 The influences ofsynthetic tannin on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

加入0.3g/L合成單寧后，酸性深藍5R染色雙蛋白纖維的初染速率大為降低，升溫至50℃時上染百分率降至20%以下，下降了近30%，達到染色平衡的時間也由20min延長至30 min左右，染料的最終上染率稍有降低，但并不顯著，對最終染色結果影響不大。這是因為合成單寧是芳香磺酸鹽化合物[4-6]，在染色的初始階段，合成單寧的磺酸基負離子可與纖維的氨基結合，且合成單寧與纖維也可以氫鍵和范德華力結合，但隨著染色的進行，染色溫度逐漸升高，由于酸性深藍5R對雙蛋白纖維的親和力高于合成單寧，故吸附在纖維上的合成單寧逐漸從纖維上解析下來重新回到染浴中，而此時染料從染浴中吸附到纖維上。

由圖1可知，繼續增加合成單寧質量濃度，加入0.5g/L和1.0g/L合成單寧后，酸性深藍5R在雙蛋白纖維上的初染率進一步降低，達到染色平衡的時間延長至45min以上，且隨著合成單寧質量濃度的增加，染料的最終上染率隨之降低，但即使加入1.0g/L合成單寧后，最終上染率仍保持在90%以上。最終上染率的下降與合成單寧有直接關系，因為染色過程中吸附到雙蛋白纖維的合成單寧并不能完全從纖維上解吸進入染液，還有少量合成單寧占據纖維的“染座”，導致纖維的最終上染量降低。

由此說明，合成單寧可作為雙蛋白纖維酸性深藍5R染色勻染劑，加入少量合成單寧可顯著降低染料的初染率，雖然最終上染量有所下降，但降低程度不大，在一定的合成單寧質量濃度范圍內，不會影響纖維的顏色深度。

2.1.2 合成單寧的勻染作用

表1為合成單寧質量濃度對標準偏差Sr值的影響。由表1可知，隨著合成單寧質量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的標準偏差Sr值逐漸降低。說明隨著合成單寧質量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的勻染性逐漸提高。由表1還可知，合成單寧質量濃度達到0.5g/L后，標準偏差Sr值的減小趨勢變緩。

表1 合成單寧質量濃度對染色雙蛋白纖維Sr值的影響Tab.1 The influence ofsynthetic tannin on Sr value of double protein fibers

2.2 平平加O的影響

2.2.1 平平加O的緩染作用

圖2為染浴中添加不同質量濃度平平加O時，平平加O質量濃度對酸性深藍5R染色雙蛋白纖維升溫上染速率的影響。平平加O是高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物，屬于非離子型表面活性劑，當染浴中加入平平加O后，由于平平加O是一種親染料型勻染劑，其對染料的親和力大于染料對纖維的親和力，與酸性深藍5R可通過疏水鍵、氫鍵等形成聚集體，該聚集體對纖維的親和力相對較低，但在高溫條件下染料可從此聚集體中分離出來而上染纖維，從而達到延緩染料上染纖維時間的目的。由圖2可知，染浴中加入0.02g/L平平加O后，酸性深藍5R上染雙蛋白纖維的初染率較對照樣大為降低，染色達到平衡的時間也由原來的20 min延長至45 min，且此時染料的最終上染率稍有下降。當染浴中加入0.1、0.2g/L 和0.5g/L 平平加O 時，酸性深藍5R 上染雙蛋白纖維的初染率繼續下降，但此時染料的最終上染率下降明顯，分別降至86%、76%和62%以下，嚴重影響了染色織物的顏色深度。這是因為隨著平平加O質量濃度的增加，平平加O與酸性深藍5R形成的聚集體越多，高溫條件下一部分染料未能從聚集體中分離出來而上染纖維，故導致染料的最終上染率隨著平平加O質量濃度的增加而降低。

圖2 平平加O質量濃度對雙蛋白纖維升溫上染率的影響Fig.2 The influences of Peregal O on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

由此可見，平平加O可作為酸性深藍5R雙蛋白纖維染色勻染劑，但需要嚴格控制平平加O的質量濃度，否則將導致染色織物的顏色變淺。

2.2.2 平平加O的勻染作用

表2為平平加O質量濃度對標準偏差Sr值的影響。由表2可知，隨著平平加O質量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的標準偏差Sr值逐漸降低。說明平平加O的加入，有利于染色雙蛋白纖維勻染性的提高，尤其是當平平加O質量濃度高于0.1g/L時，染色雙蛋白纖維的勻染性提高顯著。但從圖2也可看出，當平平加O質量濃度高于0.1g/L時，其最終的上染率降低明顯。

表2 平平加O質量濃度對染色雙蛋白纖維Sr值的影響Tab.2 The influence of Peregal O on Sr value of double protein fibers

2.3 β-環糊精的影響

2.3.1 β-環糊精的緩染作用

圖3為染浴中添加不同質量濃度β-環糊精時，β-環糊精質量濃度對酸性深藍5R染色雙蛋白纖維升溫上染速率的影響。由圖3可知，加入0.3g/Lβ-環糊精后，酸性深藍5R染色雙蛋白纖維的初染率有所下降，但下降程度不如合成單寧和平平加O，不過此時染料的最終上染量與對照樣接近;加入0.5g/L和1.0g/Lβ-環糊精后，酸性深藍5R染色雙蛋白纖維的初染率有所下降，但此時染料的最終上染量也降低明顯。

圖3 β-環糊精質量濃度對雙蛋白纖維升溫上染率的影響Fig.3 The influences ofβ-cyclodextrin on heating-up percent exhaustion of double protein fibers

由此可見，β-環糊精對酸性深藍5R染色雙蛋白纖維的緩染作用不是非常明顯，且質量濃度較多時會造成染料最終上染率的下降。

2.3.2 β-環糊精的勻染作用

表3為β-環糊精質量濃度對標準偏差Sr值的影響。由表3可知，隨著β-環糊精質量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的標準偏差Sr值稍有降低。說明β-環糊精的加入，對染色雙蛋白纖維勻染性的提高不是非常明顯，即使β-環糊精質量濃度為1.0g/L時，染色雙蛋白纖維的標準偏差Sr值也高達0.954 3。

表3 β-環糊精質量濃度對染色雙蛋白纖維Sr值的影響Tab.3 The influence of β-cyclodextrin on Sr value of double protein fibers

2.4 染色織物的顏色特征值

表4為不同助劑質量濃度條件下染色雙蛋白纖維的顏色特征值。由表4可知，隨著助劑質量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的K/S值均有所降低，且降低程度與其最終上染率的趨勢基本一致;染色雙蛋白纖維的明度L值、飽和度C值均有所增加，而紅綠指數a值、黃藍指數b值和色相角H值稍有降低。總體看來，助劑的加入除了影響染色雙蛋白纖維的表觀顏色深淺K/S值外，對其顏色特征值L、a、b、C、H的影響不大。

表4 染色雙蛋白纖維的顏色特征值Tab.4 The color value of double protein fibers

3 結論

1)合成單寧是雙蛋白纖維弱酸性深藍5R染色較為理想的勻染劑，加入少量即可顯著降低染料的初染速率，且對最終上染量影響較小，加入0.5g/L時染色纖維的勻染性提高明顯。

2)平平加O對雙蛋白纖維弱酸性深藍5R染色有明顯的緩染作用，但少量即可顯著降低最終上染量，需要嚴格控制其質量濃度，但較低質量濃度時其勻染性提高不顯著。

3)β-環糊精對雙蛋白纖維弱酸性深藍5R染色有一定的緩染和勻染作用，但效果不是非常顯著，且隨著其質量濃度的增加最終上染量也會降低。

4)隨著助劑質量濃度的增加，染色雙蛋白纖維的K/S值均有不同程度的降低，且顏色特征值L、a、b、C、H也有一定的變化，但總體看來助劑的加入對顏色特征值的影響不是很大。

[1]李官奇.一種蛋白質合成纖維及其制造方法:中國，03111814.3[P].2005-08-31.LIGuanqi.The Production Method of a Regenerated Protein Fiber:CN，03111814.3[P].2005-08-31.

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